傳輸線簡介

傳輸線（transmission line）輸送電磁能的線狀結(jié)構(gòu)的設(shè)備。它是電信系統(tǒng)的重要組成部分，用來把載有信息的電磁波，沿著傳輸線規(guī)定的路由自一點輸送到另一點。

以橫電磁 （TEM）模的方式傳送電能和（或）電信號的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。傳輸線的特點是其橫向尺寸遠小于工作波長。主要結(jié)構(gòu)型式有平行雙導(dǎo)線、平行多導(dǎo)線、同軸線、帶狀線，以及工作于準TEM模的微帶線等，它們都可借助簡單的雙導(dǎo)線模型進行電路分析。各種傳輸TE模、TM模，或其混合模的波導(dǎo)都可認為是廣義的傳輸線。波導(dǎo)中電磁場沿傳播方向的分布規(guī)律與傳輸線上的電壓、電流情形相似，可用等效傳輸線的觀點分析。

傳輸線的特性

傳輸線的均勻性

傳輸導(dǎo)體橫截面的形狀、使用的材料、導(dǎo)體間的間隔和導(dǎo)體周圍的介質(zhì)，在線路的全部長度上都保持均勻不變的，稱為均勻傳輸線。否則便 叫做不均勻傳輸線。均勻傳輸線的一次參數(shù)均勻地分 布于整個傳輸線上，其數(shù)值不隨考察點的位置而變化。

傳輸線在制造和建筑過程中可能出現(xiàn)的偏差，都規(guī)定有必要的允許范圍。如果出現(xiàn)的不均勻性偏差不 超過這些規(guī)定，都可以看作是均勻傳輸線。

性能參數(shù)

通常用衰減系數(shù)、相移系數(shù)、特性阻抗，或與之相對應(yīng)的其它參數(shù)來描述。其數(shù)值僅與傳輸線的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、制造傳輸線使用的材料、工作波長（或工作頻率）有關(guān)，見表。

傳輸線阻抗匹配的方法

匹配阻抗的端接有多種方式，包括并聯(lián)終端匹配、串聯(lián)終端匹配、戴維南終端匹配、AC終端匹配、肖特基二極管終端匹配。

1、并聯(lián)終端匹配

并聯(lián)終端匹配是最簡單的終端匹配技術(shù)，通過一個電阻R將傳輸線的末端接到地或者接到VCC上。電阻R的值必須同傳輸線的特征阻抗Z0匹配，以消除信號的反射。終端匹配到VCC可以提高驅(qū)動器的源的驅(qū)動能力，而終端匹配到地則可以提高電流的吸收能力。

并聯(lián)終端匹配技術(shù)突出的優(yōu)點就是這種類型終端匹配技術(shù)的設(shè)計和應(yīng)用簡便易行，在這種終端匹配技術(shù)中僅需要一個額外的元器件；這種技術(shù)的缺點在于終端匹配電阻會帶來直流功率消耗。另外并聯(lián)終端匹配技術(shù)也會使信號的邏輯高輸出電平的情況退化。將TTL輸出終端匹配到地會降低VOH的電平值，從而降低了接收器輸入端對噪聲的免疫能力。

對長走線進行并聯(lián)終端匹配后仿真，波形如下：

2、串聯(lián)終端匹配

串聯(lián)終端匹配技術(shù)是在驅(qū)動器輸出端和信號線之間串聯(lián)一個電阻，是一種源端的終端匹配技術(shù)。驅(qū)動器輸出阻抗R0以及電阻R值的和必須同信號線的特征阻抗Z0匹配。對于這種類型的終端匹配技術(shù)，由于信號會在傳輸線、串聯(lián)匹配電阻以及驅(qū)動器的阻抗之間實現(xiàn)信號電壓的分配，因而加在信號線上的電壓實際只有一半的信號電壓。

而在接收端，由于信號線阻抗和接收器阻抗的不匹配，通常情況下，接收器的輸入阻抗更高，因而會導(dǎo)致大約同樣幅度值信號的反射，稱之為附加的信號波形。因而接收器會馬上看到全部的信號電壓（附加信號和反射信號之和），而附加的信號電壓會向驅(qū)動端傳遞。然而不會出現(xiàn)進一步的信號反射，這是因為串聯(lián)的匹配電阻在接收器端實現(xiàn)了反射信號的終端匹配。

串聯(lián)終端匹配技術(shù)的優(yōu)點是這種匹配技術(shù)僅僅為系統(tǒng)中的每一個驅(qū)動器增加一個電阻元件，而且相對于其它的電阻類型終端匹配技術(shù)來說，串聯(lián)終端匹配技術(shù)中匹配電阻的功耗是最小的，而且串聯(lián)終端匹配技術(shù)不會給驅(qū)動器增加任何額外的直流負載，也不會在信號線與地之間引入額外的阻抗。

由于許多的驅(qū)動器都是非線性的驅(qū)動器，驅(qū)動器的輸出阻抗隨著器件邏輯狀態(tài)的變化而變化，從而導(dǎo)致串聯(lián)匹配電阻的合理選擇更加復(fù)雜。所以，很難應(yīng)用某一個簡單的設(shè)計公式為串聯(lián)匹配電阻來選擇一個最合適的值。

對長走線進行串聯(lián)終端匹配后仿真，波形如下：

3、戴維南終端匹配

戴維南終端匹配技術(shù)也叫做雙電阻終端匹配技術(shù)，采用兩個電阻來實現(xiàn)終端匹配，R1和R2的并聯(lián)組合要求同信號線的特征阻抗Z0匹配。R2的作用是幫助驅(qū)動器更加容易地到達邏輯高狀態(tài)，這通過從VCC向負載注入電流來實現(xiàn)。與此相類似，R1的作用是幫助驅(qū)動器更加容易地到達邏輯低狀態(tài)，這通過R2向地釋放電流來實現(xiàn)。

在這種匹配方式下，終端匹配電阻同時還作為上拉電阻和下拉電阻來使用，因而提高了系統(tǒng)的噪聲容限。戴維南終端匹配技術(shù)同樣通過向負載提供額外的電流從而有效地減輕了驅(qū)動器的負擔，另外這種終端匹配技術(shù)還能夠有效地抑制信號過沖。

戴維南終端匹配的一個缺點就是無論邏輯狀態(tài)是高還是低，在VCC到地之間都會有一個常量的直流電流存在，因而會導(dǎo)致終端匹配電阻中有靜態(tài)的直流功耗。這種終端匹配技術(shù)同樣也要求兩個匹配電阻之間存在一定的比例關(guān)系，同時也存在額外的到電源和地的線路連接。負載電容和電阻（Z0、R1和R2的并聯(lián)組合）會對信號的上升時間產(chǎn)生影響，提升驅(qū)動器的輸出電壓。

對長走線進行戴維南終端匹配后仿真，波形如下：

4、終端匹配

AC終端匹配技術(shù)也稱之為RC終端匹配技術(shù)，由一個電阻R和一個電容C組成，電阻R和電容C連接在傳輸線的負載一端。電阻R的值必須同傳輸線的特征阻抗Z0的值匹配才能消除信號的反射，電容值的選擇卻十分復(fù)雜，這是因為電容值太小會導(dǎo)致RC時間常數(shù)過小，這樣一來該RC電路就類型于一個尖銳信號沿發(fā)生器，從而引入信號的過沖與下沖，另一方面，較大的電容值會帶來更大的功率消耗。通常情況下，要確保RC時間常數(shù)大于該傳輸線負載延時的兩倍。終端匹配元器件上的功率消耗是頻率、信號占空比、以及過去數(shù)據(jù)位模式的函數(shù)。所有這些因素都將影響終端匹配電容的充電和放電特性，從而影響功率消耗。 AC終端匹配技術(shù)的優(yōu)勢在于終端匹配電容阻隔了直流通路，因此節(jié)省了可觀的功率消耗，同時恰當?shù)剡x取匹配電容的值，可以確保負載端的信號波形接近理想的方波，同時信號的過沖與下沖又都很小。

AC終端匹配技術(shù)的一個缺點是信號線上的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)時間上的抖動，這主要取決于在此之前的數(shù)據(jù)位模式。舉例來說，一個較長的類似的位串數(shù)據(jù)會導(dǎo)致信號傳輸線和電容充電到驅(qū)動器的最高輸出電平值。然后，如果緊接著的是一個相位相反的數(shù)據(jù)位就需要花比正常情況更長的時間來確保信號跨越接收器邏輯閾值電平，這是因為接收器端的電壓起自一個很高的電位。

對長走線進行RC終端匹配后仿真，波形如下

5、肖特基二極管終端匹配

肖特基二極管終端匹配技術(shù)也稱之為二極管終端匹配技術(shù)，由兩個肖特基二極管組成。傳輸線末端任何的信號反射，如果導(dǎo)致接收器輸入端上的電壓超過VCC和二極管的正向偏值電壓，該二極管就會正向?qū)ㄟB接到VCC上。該二極管導(dǎo)通從而將信號的過沖箝位到VCC和二極管的閾值電壓的和上。

同樣連接到地上的二極管也可以將信號的下沖限制在二極管的正向偏置電壓上。然而該二極管不會吸收任何的能量，而僅僅只是將能量導(dǎo)向電源或者是地。這種工作方式的結(jié)果是，傳輸線上就會出現(xiàn)多次的信號反射。信號的反射會逐漸衰減，主要是因為能量會通過二極管在電源和地之間實現(xiàn)能量的交換，以及傳輸線上的電阻性損耗。能量的損耗限制了信號反射的幅度，確保信號的完整性。

不同于傳統(tǒng)的終端匹配技術(shù)，二極管終端匹配技術(shù)的一個優(yōu)勢就是，肖特基二極管終端匹配無須考慮真正意義上的匹配。所以，當傳輸線的特征阻抗Z0不清楚時，比較適合采用這種終端匹配技術(shù)。同時，在肖特基二極管上的動態(tài)導(dǎo)通電阻上消耗的功率遠遠小于任何電阻類型終端匹配技術(shù)的功率消耗。事實上，反射功率的一部分會通過正向偏置的二極管反饋回到VCC或者地，同樣也可以在傳輸線上任何可能引發(fā)信號反射的位置加入肖特基二極管。二極管終端匹配技術(shù)的缺點是多次信號反射的存在可能會影響后續(xù)信號的行為。